El 1 de agosto de 1943, con 19 años, Semprún se unió a la Resistencia contra el nazismo y asumió una nueva identidad, Gérard Sorel. Se incorporó al grupo armado Jean-Marie Action, asociado a la red inglesa Buckmaster, en la zona de la Borgoña. Según la documentación de este periodo, Semprún actuó en el grupo de parachutage et sabotage [paracaidismo y sabotaje].
El 8 de octubre de 1943 fue detenido por la Gestapo en la casa de la destacada resistente Irène Chiot, en Joigny. Ambos fueron trasladados a la cárcel de Auxerre, donde fueron interrogados y torturados durante varios meses. Su padre intentó por todos los medios su liberación y logró la mediación del embajador español en París, Luis de Lequerica, pero la Gestapo no cedió y Jorge Semprún fue deportado.